植物のミカタ

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水田での鶏糞基肥利用における臭気の影響は、熟成度合いによって異なります。 鶏糞の臭いには硫化水素が関与しており、未熟な鶏糞は特に強い臭いを発します。水田に硫酸塩が十分あれば、硫化水素は問題になりにくいですが、硫酸塩が不足すると稲の硫黄欠乏を引き起こす可能性があります。 一方、完熟鶏糞は臭気が少ないですが、窒素成分が減少し、基肥としての効果が薄れる可能性があります。 つまり、臭気と肥料効果の両面から考えると、鶏糞の熟成度合いの判断は非常に難しいと言えます。

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記事では、大豆粕を有機質肥料として使用する場合のメリットと注意点を紹介しています。 メリットとしては、窒素、リン酸、カリウムの三大栄養素に加え、微量要素も豊富に含んでいる点が挙げられます。特に窒素含有量は有機質肥料の中でもトップクラスであり、効果が穏やかに持続するため、肥効期間が長いことも利点です。 一方で、窒素過多による生育障害や病害虫の発生、土壌pHの低下などの注意点も存在します。そのため、施用量や時期、方法を適切に管理する必要があります。 さらに、大豆粕は未発酵の有機物であるため、施用前に堆肥化するか、土壌に十分な期間をおいて分解させてから作付けすることが重要です。

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家畜糞の完熟における臭いの変化は、嫌気性菌から好気性菌への活動変化に対応します。初期はインドールなど不快臭が強いですが、水分減少に伴いアンモニアや硫化水素が目立つように変化します。これは、完熟が進むにつれて微生物による分解プロセスが変化し、発生する臭気成分も変化するためです。堆肥化施設の報告書でも、好気・嫌気分解における臭気成分の違いが指摘されています。

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猛暑日が増加する中、米ぬかの有効な施肥技術の確立が重要となる。米ぬかにはビタミンB3が豊富で、植物の乾燥耐性を高める効果が期待できる。しかし、米ぬか施肥は窒素飢餓を起こしやすいため、基肥の施肥時期を調整したり、追肥では肥効をぼかす必要がある。現状では、米ぬか嫌気ボカシの工業的製造や需要拡大には至っておらず、廃菌床に残留する米ぬかを利用するのが現実的な代替案となる。

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コウジカビは、日本の発酵食品に欠かせない微生物である。米麹を作る際にデンプンを糖に変える酵素を分泌し、味噌や醤油、日本酒などの風味を作り出す。元々はイネの穂に付着するカビだったが、人間が選抜・培養することで家畜化され、現代社会に不可欠な存在となった。コウジカビはイネの他にムギなどにも存在するが、人間の生活に役立つ種は限られている。また、コウジカビは毒素を生成しない安全なカビであり、その特性を活かして食品だけでなく、医薬品やバイオ燃料の生産にも利用されている。このように、コウジカビは人間との共生関係を築き、多様な分野で活躍している有用な微生物と言える。

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菌耕による排水性向上は、ミミズの活動が鍵となる可能性がある。ミミズは土壌中を深く移動し、1メートルに達するミミズ孔を形成する。孔の壁にはミミズの糞塊が付着し、微生物が繁殖して硝酸態窒素などを利用、好気性細菌の活動によりガス交換も起こる。ミミズは水分、酸素、栄養塩を求めて移動し、植物の根から分泌される物質に誘引される。耕盤層に酸素と栄養塩が供給されれば、ミミズが孔を形成し排水性を向上させる可能性がある。地表への有機物供給もミミズの活動を促し、土壌改良に繋がる。良質な粘土鉱物の存在も重要となる。

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ペニシリンはグラム陽性菌に有効だが、グラム陰性桿菌には効果がない。軟腐病の原因菌であるエルウィニア属（グラム陰性桿菌）に有効な抗生物質を生成する菌を探すため、グラム陰性菌である緑膿菌に有効な抗生物質の歴史を辿る。セファロスポリンはβ-ラクタム系抗生物質で、当初は大腸菌に有効だが緑膿菌には無効だった。しかし、改良によりグラム陰性桿菌への作用が強化された。セファロスポリンは、土壌や植物遺体でよく見つかる腐生菌である*Cephalosporium acremonium*から分離された。この菌はボタンタケ目に属し、同じ目にトリコデルマも属する。このことから、ボタンタケ目は注目すべき菌群と言える。

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乳酸菌に続き、放線菌でもカロテノイド合成が確認された。高野氏の研究によると、土壌中の放線菌は光を感知してカロテノイド生産を促進する。これは光受容による酵素発現が鍵となっている。興味深いのは、ある放線菌が産生する鉄包摂化合物が、別種の放線菌の抗生物質生産を促進する現象だ。つまり、土壌微生物にとって光は重要な環境因子であり、カロテノイドがその作用に一役買っている可能性がある。

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レッドチェダーチーズの赤い色は、アナトー色素ではなく、ウシの飼料に含まれるカロテノイドに由来する。ウシはカロテノイドを体脂肪に蓄積し、牛乳中にもわずかに含まれる。チェダーチーズ製造過程で乳脂肪が濃縮されることで、カロテノイドの色も濃くなり、赤い色に見える。飼料に含まれるカロテノイドの種類や量、牛の種類、季節などによってチーズの色合いは変化する。特に冬場はカロテノイドが不足し、チーズの色が薄くなるため、アナトー色素で着色する場合もある。

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ブルーチーズに含まれるラウリン酸に着目し、農薬削減の可能性を探る記事。ブルーチーズのカビ、ペニシリウム・ロックフォルティは土壌に普遍的に存在し、ラウリン酸を生成する。ラウリン酸は菌根菌の成長を促進し、植物の害虫抵抗力を高める一方、ピロリ菌のようなグラム陰性細菌の生育を阻害する。つまり、土壌中でペニシリウム・ロックフォルティが優勢になれば、ラウリン酸の抗菌作用により軟腐病菌や青枯病菌を抑え、同時に菌根菌を活性化させて植物の害虫耐性を向上させ、殺虫剤や殺菌剤の使用量削減に繋がる可能性がある。

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土壌からの強力な温室効果ガス、一酸化二窒素（N₂O）の排出は、地球温暖化に大きく寄与している。N₂Oは窒素肥料の施用によって増加し、特に硝化作用と脱窒作用が主要な発生源となる。硝化作用は好気的環境でアンモニアが硝酸に酸化される過程、脱窒作用は嫌気的環境で硝酸が窒素ガスやN₂Oに還元される過程である。土壌の水分状態、酸素濃度、有機物含量、温度などがこれらの反応速度に影響を与えるため、N₂O排出量は変動する。過剰な窒素肥料施用はN₂O排出を増加させるため、土壌診断に基づいた適切な施肥管理が重要となる。また、硝化抑制剤や緑肥の活用など、N₂O排出削減のための技術開発も進められている。

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地球温暖化による台風被害増加への懸念から、温室効果ガス削減の必要性を訴える。二酸化炭素の300倍の温室効果を持つ一酸化二窒素に着目し、その排出源を考察。一酸化二窒素は土壌中の微生物の脱窒作用で発生し、窒素系肥料の使用増加が排出量増加につながると指摘。特に高ECの家畜糞堆肥の使用は土壌の硝酸呼吸を活発化させ、一酸化二窒素排出を促進する可能性が高いと推測。慣習的な家畜糞堆肥による土作りは、土壌の物理性・化学性を悪化させ、地球温暖化、ひいては台風被害の増加に寄与する恐れがあり、環境問題の観点から問題視している。

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ペルム紀末から三畳紀初期にかけて、海洋無酸素事変と呼ばれる現象が起きた。石炭紀に大気中の酸素濃度が上昇したが、リグニン分解生物の出現で酸素濃度は低下したものの、石炭の埋蔵により地球全体では酸素は多かったはずだった。しかし、活発な火山活動により、メタンハイドレートを含む堆積岩が溶解し、大量の炭素が放出。地球全体で酸素濃度が急減し、二酸化炭素濃度が急増した。結果、大型単弓類は絶滅したが、酸素利用効率の良い小型爬虫類は生き延び、後の恐竜繁栄に繋がる可能性を秘めていた。この火山活動とメタンハイドレートの関係は、日本科学未来館のdeep scienceでも解説されている。

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恐竜が生きた時代、大気中の酸素濃度は低く、植物の分解が不十分で石炭が大量に生成された。石炭は炭素を地中に閉じ込め、酸素濃度の上昇を抑えた。低酸素環境は巨大な恐竜の呼吸を困難にした可能性がある。大型恐竜は効率的な呼吸器系や、低酸素への適応を進化させた可能性が示唆されている。石炭紀後期からペルム紀にかけて酸素濃度が上昇し、恐竜の巨大化を促した可能性もある。酸素濃度と恐竜の進化には関連があると考えられる。

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作物の病原性細菌は、クオラムセンシング（QS）と呼ばれる細胞間コミュニケーション機構を用いて、集団密度を感知し、協調的に病原性を発揮する。QSは、シグナル分子であるオートインデューサー（AI）の濃度変化によって制御される。AI濃度が一定閾値を超えると、細菌集団はバイオフィルム形成、毒素産生、運動性制御など、様々な病原性因子を一斉に発現し、植物に感染する。 軟腐病菌は、N-アシルホモセリンラクトン（AHL）と呼ばれるAIを利用したQSシステムを持つ。AHLの産生を阻害することで、軟腐病菌の病原性を抑制できる可能性がある。また、植物側も細菌のQSを妨害する機構を備えている場合があり、これらを活用した新たな病害防除法の開発が期待されている。

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記事は、放線菌が土壌にとって有益な理由を、菌と細菌の違いを対比しながら解説しています。放線菌は好気性環境で増殖し、カビのキチン質を分解、さらに細菌に効く抗生物質を生成するため、土壌環境のバランスを整えます。菌は多細胞生物（例：カビ、キノコ）、細菌は単細胞生物と定義づける一方で、単細胞の酵母は菌に分類されるという例外も提示。これは細胞核の有無による違いで、菌はDNAが核膜に包まれていますが、細菌には核膜がありません。この構造の違いが、細菌に選択的に作用する抗生物質開発の基盤となっています。放線菌も細菌の一種であり、自身と異なる構造を持つ細菌を抑制することで、土壌環境の調整に貢献していることを示唆しています。

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良い土の匂いは放線菌によるものと言われ、放線菌は好気性で土壌中に棲息する細菌である。キチン質を分解して増殖し、世界初の抗生物質ストレプトマイシンを生産する菌種も存在する。ストレプトマイシンは真正細菌のタンパク質合成を阻害することで増殖を抑えるが、動植物には作用しない。放線菌の生育しやすい環境は栽培にも適しており、植物の免疫活性化に繋がるキチンの断片も土壌中に存在するため、病害抑制にも関与すると考えられる。

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軟腐病菌エルビニア・カロトボーラは通性嫌気性で、酸素があってもなくても生育できる。酸素がある場合は好気呼吸で、ない場合は発酵でエネルギーを得る。つまり、酸素供給剤で酸素を供給しても、軟腐病菌を弱体化させることにはならない。酸素供給剤の効果は消毒によるもの。エルビニア・カロトボーラは乾燥に弱い可能性があるため、酸素による酸化作用ではなく乾燥による消毒が有効と考えられる。

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堆肥の悪臭、特にアンモニア臭を鉄で消臭する方法について解説しています。アンモニアは鉄イオンと反応し、アンミン錯塩という錯体を形成、沈殿することで揮発を防ぎます。記事では二価鉄の使用が前提となっていますが、堆肥中の酸化還元反応により三価鉄も生成されるため、どちらにしろアンモニアを捕捉すると考えられます。つまり、鉄を加えることでアンモニアが堆肥内に封じ込められ、悪臭を抑制できるということです。

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米ぬかボカシを作る際、嫌気発酵が必須であり、密封と適切な水分量が重要です。水分過多だとタンパク質が分解されアンモニアが発生し、有機酸の利点を損ないます。また、密封が不完全だと酸素が入り込み、好気分解により水が生成され、これもアンモニア発生につながります。成功すれば有機酸が豊富になり甘い香りがしますが、失敗するとアンモニア臭が強くなります。適切な水分量と密封により、ピルビン酸や乳酸などの有機酸が豊富に含まれた良質なボカシ肥料を作ることができます。

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米ぬかボカシを作る際、好気発酵と嫌気発酵どちらが良いかという議論があるが、ボカシの特質上、嫌気発酵が適している。ボカシはデンプンを多く含む米ぬかを使用するため、そのまま施肥すると土壌でカビが発生し窒素飢餓を引き起こす。そこで、デンプンを植物が利用しやすい形に変換する必要がある。デンプンは加水分解によりブドウ糖に分解されるが、この反応は好気・嫌気どちらでも起こる。重要なのはブドウ糖の分解過程で、好気条件下では水と二酸化炭素に分解されてしまい肥料としての価値が失われる。一方、嫌気条件下では有機酸に変換され、窒素飢餓を防ぎ、土壌にも有益な効果をもたらす。そのため、米ぬかボカシ作りには嫌気発酵が最適と言える。

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二次発酵では鶏糞の冷却が行われ、特筆すべき反応は無い。三次発酵の焦点は残存アンモニアの処理。一次発酵で尿酸からアンモニアに変換されたものの、気化しきらなかったアンモニアが刺激臭の原因となるため、ミネラル欠乏を防ぐ目的で硝化細菌による酸化が必要となる。硝化細菌は1ヶ月かけてアンモニアを酸化させるため、二次・三次発酵では頻繁な切り返しは不要。土着菌である硝化細菌の活性化を促進するために、生育の良い畑の土を混ぜ込むのも有効。硝化作用以外にも反応は起こるが、詳細は後述。

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鶏糞の発酵過程における一次発酵は、尿酸の分解に焦点を当てています。緑膿菌が尿酸を分解し、尿素を経てアンモニアへと変化させます。この過程は好気的であり、水分と酸素を多く必要とするため、スプリンクラーとロータリーを用いて水分と酸素を供給します。分解に伴う発酵熱により60℃以上の高温になり、アンモニアの生成によりpHも上昇します。結果として、白い尿酸は消失し、鶏糞の体積は半分以下になります。この一次発酵は約1週間で完了します。